闽西地区典型煤系土的工程性质分析

为揭示闽西地区典型煤系土工程特性,以龙岩东环高速公路沿线分布的典型煤系土为例,进行大量室内试验,分析煤系土基本工程性质、耐崩解性以及干湿／冻融循环下土样强度指标变化规律等。结果表明:闽西地区煤系土具有塑性指数高、干密度大、压缩系数大等特点。矿物成分为白云母、石英、高岭石,属于中压缩性土、低液限粉质黏土。击实过程中煤系土具有显著颗粒破碎现象。煤系土颗粒间黏结力较低,遇水较易崩解。压实度相同煤系土,其含水率越高越容易被压缩。黏聚力和内摩擦角均随压实度增大而增大,随含水率增大而减小。压实度与含水率对煤系土黏聚力影响大于内摩擦角。干湿循环 4次或冻融循环 5次后,其压缩强度与抗剪强度趋于稳定,土样基本无裂隙存在。煤系土样孔隙比均随着循环次数、含水率、压实度增加不断减小;黏聚力随着循环次数增加而增大,而内摩擦角呈相反趋势。     

干湿循环作用对昔格达土体抗剪特性的影响

昔格达土体涉水填方土压力计算时需查明抗剪参数(如黏聚力与内摩擦角)受干湿循环作用的影响。通过真空饱和增湿及自然风干脱湿模拟干湿循环过程,基于固结慢剪试验得到湿化及干湿循环作用下昔格达土体剪应力-位移曲线,分析峰值剪应力、黏聚力及内摩擦角随干湿循环次数变化规律;采用平行粘结接触模型探讨了宏观与微观参数的联系,揭示了干湿循环作用对微观颗粒间粘结及摩擦特性影响的差异性。试验结果表明:湿化作用降低昔格达土体黏聚力及内摩擦角;随干湿循环次数增加,昔格达土体应力-位移曲线从应变硬化过渡至应变软化,峰值强度、黏聚力及内摩擦角均减小并趋于稳定;黏聚力以前3次循环降幅(55.42%)较大,内摩擦角以第2-第4次循环降幅(11.04%)较大,干湿循环对黏聚力影响显著大于对内摩擦角的影响,对内摩擦角的劣化效应存在滞后性。建议工程中可从微观颗粒间粘结作用的角度削弱干湿循环对昔格达土体力学特性的影响。研究结果可为昔格达土涉水工程安全提供参考。     

纳米氧化镁改性黏土强度特性试验

为了研究纳米氧化镁对黏性土强度的影响情况,将纳米氧化镁均匀地掺入到黏性土中进行直接剪切试验,并通过扫描电镜试验对剪切面上的微观颗粒进行观察。在含水率分别为10%,16%和22%的情况下,将纳米氧化镁按照0,2%,4%和6%的掺量（质量分数）加入到黏性土试样中进行试验。直剪试验结果表明:当含水率相同时,随纳米氧化镁掺量的增加,纳米氧化镁改性黏土的黏聚力逐渐增大,但是掺量对改性土内摩擦角的影响并不明显;当纳米氧化镁掺量相同时,随含水率增加,改性土的黏聚力呈现出先增后减的趋势,而内摩擦角则逐渐减小。扫描电镜试验结果表明:纳米氧化镁的掺入会降低土体孔隙比,增强颗粒间胶结作用,从而达到改变黏性土剪切强度的目的。     

易溶盐对黄土强度特性的影响

黄土的强度由黏聚力和摩擦力组成,黏聚力受颗粒间胶结物质的影响,当湿度增加、盐分溶滤时易溶盐胶结作用逐渐丧失进而使得黏聚力降低。利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪对陕西杨凌重塑黄土进行了三轴固结不排水剪切试验,研究了易溶盐对黄土强度特性的影响。试验结果表明:去易溶盐土样在高含水率和低围压下与普通土样的应力应变曲线基本重合;普通土样的破坏应力值与去易溶盐土样的破坏应力值的差值随土体含水率的减小而增大;去易溶盐土样的抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角φ值随着土体含水率的减小而增大,但去易溶盐土样的抗剪强度指标c值和φ值均比普通土样的要小,易溶盐对土体抗剪强度指标c值的影响要比对φ值的影响大。     

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明：随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%～60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。     

含水率和干密度对砂壤土抗剪强度的影响

砂壤土作为黄河堤防中堤身的主要填筑土料,由于降雨和碾压的影响,堤身土体的强度往往会受到限制。为了研究砂壤土的力学特性,以山东鄄城县堤段的砂壤土作为研究对象,通过对人工切削的原状土样进行室内三轴剪切试验,分析了含水率、干密度对砂壤土抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明:含水率和抗剪强度指标呈三次函数关系,黏聚力随含水率的增大先增大后减小,在最优含水率下黏聚力达到峰值,内摩擦角随含水率的增大而减小;干密度与抗剪强度指标呈线性函数关系,表现为黏聚力和内摩擦角均随干密度的增大而增大,但内摩擦角随干密度增大的速率较小。研究结果有助于揭示堤身渗透破坏机制,为类似地区大堤的加固、治理提供参考依据。     

干湿循环作用下原状黄土宏-微观参数关系研究

为探明不同干湿循环条件对原状Q₂黄土宏观力学性能与微观结构的影响,明确宏观力学参数与微观结构参数的定量关系,开展了干湿循环试验、三轴压缩试验和扫描电镜试验,分析了干湿循环过程中原状黄土宏观强度和微观结构的变化规律,基于综合结构势思想,利用宏观力学参数定义了原状黄土可变性参数表达式,推导了用以描述黄土微观孔隙结构特征的孔隙特征参数,建立了原状黄土宏-微观参数关系表达式。结果表明：干湿循环作用下,原状黄土孔隙面积比和分形维数呈增长趋势,黄土峰值偏应力和黏聚力持续减小,干湿循环幅度越大,下限含水率越高,黄土孔隙结构的扩张和宏观强度的衰减越快,但内摩擦角变化不大;原状黄土的可变性可用宏观峰值偏应力与土体黏聚力的比值表征,即可变性参数,随着干湿循环次数的增加,原状黄土可变性参数整体呈非单调增长趋势变化;原状黄土的微观孔隙结构特征可用孔隙面积比和孔隙分形维数的乘积表征,即孔隙特征参数,其与可变性参数的变化关系和三角函数接近;原状黄土峰值偏应力与孔隙特征参数的比值随黏聚力的变化规律服从指数函数关系,经验证,该函数关系可较为合理地描述原状黄土宏观和微观参数间的数量关系。     

含水率对新近系粉质黏土强度影响的试验研究

引黄(河)入洛(阳)工程新近系围岩中有粉质黏土夹层或充填物,其力学强度随含水量变化很大,是导致施工围岩破坏的主要诱因之一。为深入分析含水率对围岩强度的影响,采用不固结不排水三轴试验,研究含水率对粉质黏土强度的影响。试验结果表明:试样破坏均为中部鼓肚膨胀综合破坏,体积膨胀起主要作用,其中径向膨胀变形过大是导致试样破坏的主要原因;含水率对主应力差影响很大,随着含水率增大,主应力差显著降低,其降低幅度随围压增大而加大;峰值强度受含水率的影响较大,随含水率的增大而明显降低,随含水率和围压增大,峰值强度降低幅度加大,达到较高含水率后峰值强度受围压的影响很小;相同围压下,峰值应力比随含水率的增大而呈线性递减,各拟合直线的斜率基本一致;相同含水率下,峰值应力比随围压的增大而减小;含水率对强度参数影响较大,随着含水率的增大,粉质黏土的黏聚力和内摩擦角均明显减小,黏聚力的对数值及内摩擦角与含水率呈负线性相关。     

含水率对红粘土强度特性的影响

采用FDJ-ZO型非饱和土直剪仪,对不同含水率的红粘土进行抗剪强度试验,结果表明,红粘土在低含水率下的剪应力-剪切位移关系呈应变软化,在高含水率下呈应变硬化,且含水率较低时竖向压力对红粘土的应力-应变曲线亦有影响,随着竖向压力的增加,剪切软化现象逐渐减小;土体抗剪强度随含水率的增大呈非线性减小,减小速率先小后大,且含水率为20%是其抗剪强度减小快慢的分界点;土体粘聚力随含水率的增大呈二次多项式形式减小;土体内摩擦角随含水率的增大呈幂函数形式降低。     

非饱和黄土抗剪强度特性试验研究

为了研究黄土滑坡的发生机理及剪切破坏特征,用探井法在延安滑坡体取样,进行了室内控制吸力的固结排水剪切试验,本次试验共做了10组(Q3、古土壤各5组)。试验结果表明:两种黄土存在不同剪切破坏面,古土壤颗粒中由于黏粒含量比较高,所以没有明显的剪切面;而Q3黄土由于其大孔隙发育,结构疏松,没有黏滞性,所以剪切面上有擦痕,存在明显的剪切面;抗剪强度参数会随着实验过程中基质吸力的改变而改变,黏聚力随着基质吸力的增加而增加,二者为线性关系;而内摩擦角的变化很小,几乎不随吸力的改变而改变;随着含水率的增加,吸力和黏聚力均呈现下降趋势,吸力的减小降低了土颗粒之间的有效应力,从而使土的抗剪强度降低。     

南水北调中线工程河北段膨胀土固结试验研究

针对南水北调中线一期工程总干渠膨胀土河北段工程特性,采用室内固结实验对膨胀土进行定性分析,分析得出膨胀土的压缩系数,单位沉降量及孔隙比和压力的关系等.提出了更为可靠、合理、安全的解决方案,为原型实验提供数据资料和参考依据.     

南水北调中线工程河北段膨胀土固结试验研究

针对南水北调中线一期工程总干渠膨胀土河北段工程特性,采用室内固结实验对膨胀土进行定性分析,分析得出膨胀土的压缩系数,单位沉降量及孔隙比和压力的关系等。提出了更为可靠、合理、安全的解决方案,为原型实验提供数据资料和参考依据。     

黏-砂混合土压缩特性与微观结构特征关系研究

黏-砂混合土在吹填土地基中广泛应用,混合土地基变形与微观结构息息相关.为探讨黏-砂混合土压缩变形的微观机制,以黏土与砂不同配比的混合土为研究对象,利用压缩、扫描电镜(SEM)试验和图像处理技术(IPP)对固结前后试样的颗粒排列、孔隙分布进行定性和定量分析,从微观层面探讨了混合土微观结构随固结压力变化的演变机制.结果 表...     

排水剪切下湿地湖泊相黏土结构性宏微观试验研究

为了探讨排水剪切条件下结构性对湿地湖泊相黏土力学特性的影响,对湿地湖泊相黏土原状样和重塑样进行三轴排水剪切试验,将试验后的原状样进行微观定性和定量分析,研究不同围压下结构性对土体剪切强度和变形特性的影响。结果表明:在土体结构屈服破坏前,结构性会提高原状土抗剪强度,减小剪切变形;当土体结构屈服破坏后,结构性会降低原状土抗剪强度,增大剪切变形。原状土的峰值结构强度随围压增大近似呈线性增加,而峰值结构体积应变随围压增大呈指数型趋势减小。在围压小于结构屈服应力时,剪切阶段由胶结联结和结构骨架承担荷载,孔隙压缩较小,颗粒和孔隙的形状和排列变化较小;当围压超过结构屈服应力后,在剪切阶段胶结联结和结构骨架逐渐破坏,孔隙受到压缩,颗粒和孔隙的形状趋向圆形,并向荷载优势方向调整排列。研究成果对于揭示湿地湖泊相黏土的结构破损机理及指导湖泊湿地地区的工程建设具有重要意义。     

渗透力作用下黏土的大应变固结理论与试验研究

针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题，对渗透力作用下淤填黏土的固结机理进行了阐述，推导出以超孔隙水压力为控制变量的大应变固结微分方程。在理论模型推导中，考虑了孔隙比与有效应力以及渗透系数与孔隙比之间的非线性关系。通过渗透诱发固结试验确定了微分方程中的待定参数。此类参数为随有效应力和土层深度变化的量，体现了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性及其沿深度变化等因素的综合影响。应用数值方法求解微分方程，得到超孔隙水压力沿深度的分布规律以及固结度的时空变化。对某水库土坝水平铺盖裂缝处淤填黏土固结过程的数值计算结果通过室内模型试验得到了验证。     

湿地湖泊相黏土一维固结压缩特性宏微观试验研究

湿地湖泊相黏土是一种特殊的区域性软弱土,其物理力学性质和压缩性质与一般软土的物理力学性质和压缩性质有很大区别。为探究湿地湖泊相黏土的固结压缩特性及其机理,对湿地湖泊相黏土进行一维固结压缩试验,同时采用扫描电镜和计算机图像处理软件,提取不同固结压力下土体的微观结构参数,对土体微观结构的变化进行定性和定量分析。结果表明:湿地湖泊相黏土具有较明显的结构强度;由于结构强度的影响,原状土的压缩性明显小于重塑土的压缩性;当固结压力超过结构屈服应力后,原状土的结构强度逐渐丧失;在固结压缩过程中,微观结构参数的变化规律在固结压力达到结构屈服应力前后发生改变,曲线形态呈“二段折线”形式;在固结压力达到结构屈服应力前后,湿地湖泊相黏土土骨架的动态重组是土体压缩性发生改变的根本原因。在固结压缩过程中,孔隙的形态特征和定向排列特征变化较大,而颗粒的形态特征变化较小但定向排列特征变化较大,颗粒和孔隙通过不同的方式对土的压缩性产生影响。研究成果可为相关地区的地基处理工程提供借鉴参考。     

变荷载下饱和软黏土一维大应变固结解析理论

基于软黏土一维非线性大应变固结基本理论，建立了能考虑荷载变化、土层自重等因素影响的拉格朗日坐标下以超静孔压u为变量的一维大应变固结控制方程，并通过对土体压缩性和渗透性的假定获得了方程的解析解。基于此解，分析了单级等速加荷条件下软黏土一维大应变固结性状。从中可见，大应变固结过程中土体变形的发展要快于超静孔压的消散；荷载增大，超静孔压消散趋慢；加荷速率越大，土体固结越快；考虑土层自重影响时孔隙比的分布更为合理。此外，本文的解析解也可用于验证各种大应变固结数值解法的正确性。     

考虑孔隙演变的软土一维非线性固结有限差分分析

基于一种新的土体非线性压缩模型,建立了考虑瞬时荷载和变荷载的一维非线性固结方程。采用有限差分法获得了该固结方程的解,并通过与半解析解对比验证了差分法解的可靠性。基于该解,详细讨论了外荷载、土体初始压缩系数及压缩指数与渗透指数比值C_c/C_k对土体固结和沉降特性的影响。结果表明:C_c/C_k通过影响固结系数进而影响到土体固结速率,固结系数随C_c/C_k取值的减小而增大,因此土体固结速率随C_c/C_k取值的减小而增大;当土体初始压缩系数很小时,土体压缩性很小而接近弹性,此时可以忽略土体的非线性而直接采用Terzaghi固结解答计算;与李冰河所得固结解答相比,本文采用的非线性模型不需要考虑土体初始有效应力的影响,工程运用时相对更方便。     

原状黄土冻融过程渗透特性试验研究

通过对西安Q_3原状黄土在冻融作用下的电镜扫描和三轴渗透试验,研究了原状黄土冻融过程渗透特性变化机理及规律。试验表明:冻融过程中由于土体内部冰晶生长及冷生结构形成导致原状黄土微观结构发生显著变化,融化后的黄土在一定程度上增大了渗透性;基于图像处理软件,计算得到孔隙面积比随冻融次数增加呈指数增加趋势,反映出冻融作用一定程度上破坏原状黄土结构强度,使土体渗透性增强,但多次冻融后结构强度和渗透特性趋于稳定。冻融过程试样表面产生不规则裂缝,且含水率越高,土体表面特征破坏越严重,是渗透性增强的主要原因。渗透系数随围压增大呈指数下降趋势,且高围压时渗透系数差异较小;渗透系数随初始含水率增加近似呈抛物线变化规律,但高围压下渗透系数与初始含水率抛物线变化规律不明显;渗透系数随冻融次数增加近似呈指数增加趋势,但低含水率试样渗透系数变化幅度较小。基于试验数据规律性,进一步得到了考虑围压、初始含水率及冻融次数影响的西安Q_3原状黄土渗透系数多变量预测模型。     

湿干冻融耦合循环及干密度对膨胀土力学特性影响的试验研究

为探讨北疆高寒地区恶劣气候对不同干密度下渠基膨胀土力学特性的影响,利用自行设计的单向环境边界加载装置,设计了满足现场渠基膨胀土压实程度、符合北疆地区实际气候条件的三轴压缩试验,研究了湿干冻融耦合循环次数及干密度对膨胀土应力-应变关系、孔隙水压力、有效抗剪强度指标等力学特性的影响。试验结果表明:低围压(σ3=100 kPa)下试样应力-应变曲线的应变硬化程度随干密度的增加逐渐降低;湿干冻融耦合循环作用下干密度较高试样的体积整体呈增大趋势,而干密度较低试样则呈逐渐降低;耦合循环次数的增加促进了试样在不排水条件下偏应力向孔隙水压力的转化,且不同干密度试样的内部土骨架结构强度随循环次数增加存在相互转化现象;耦合循环作用下高干密度试样弹性模量的衰减速率明显低于干密度较低情况;干密度的增加抑制了试样有效黏聚力的衰减,但对有效内摩擦角的衰减却起到加剧效果。